PDF de programación - Unidad 3 - Interfaz del ensamblador con el lenguaje C

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Unidad 3

Interfaz del ensamblador con

el lenguaje C

SISTEMAS BASADOS EN MICROPROCESADORES

Grado en Ingeniería Informática

EPS - UAM

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Índice

3.

Interfaz del ensamblador con el lenguaje C.
3.1. Características generales.
3.2.
El ejemplo del lenguaje C.
3.3. Los distintos modelos del lenguaje C.
3.4. Convenios de nomenclatura, paso de parámetros,

devolución de resultados.

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3.1. Características generales

Muchas aplicaciones escritas en lenguajes de alto nivel
requieren partes críticas escritas en ensamblador
(ejecución en tiempo real, uso de instrucciones
multimedia tipo MMX, etc.)
Implica poder llamar desde programas escritos en
lenguajes de alto nivel compilables a rutinas escritas
en ensamblador.
También es posible llamar desde programas escritos
en ensamblador a rutinas escritas en lenguajes de alto
nivel compilables.
Factible si programas de ensamblador siguen las
convenciones (nomenclatura, paso de parámetros y
resultados, …) de los lenguajes de alto nivel.

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3.2. El ejemplo del lenguaje C (I)

La mayoría de aplicaciones que requieren interactuar
con ensamblador escritas en lenguaje C (y C++).
El lenguaje C tiene construcciones típicas de alto nivel
(bucles, tipos estructurados, recursividad, …), pero
también permite un control a muy bajo nivel (acceso a
puertos de E/S, manipulación de bits, …).
Los compiladores de C permiten el enlace con
programas escritos en ensamblador sólo si siguen las
mismas convenciones aplicadas por el compilador.
Programa en C se compila a código objeto, programa
en ensamblador se ensambla a código objeto y
montador (linker) del compilador de C genera el
ejecutable enlazando esos ficheros objeto.

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3.2. El ejemplo del lenguaje C (II)

Convenciones del lenguaje C relacionadas con:

Uso de direcciones cortas (near) o largas (far) para
acceder a datos (variables) y/o procedimentos: modelo
de memoria.
Nomenclatura de segmentos, variables y
procedimientos.
Paso de parámetros a procedimientos y devolución
de resultados.

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3.3. Los distintos modelos del lenguaje C (I)

Cuando se compila un programa en C se debe escoger
un modelo de memoria.
Cada modelo determina la ubicación en memoria de
los segmentos lógicos (código, datos y pila) y si se
usan direcciones cortas o largas para acceder a ellos.
Seis modelos de memoria en Turbo C:

TINY
SMALL
MEDIUM
COMPACT
LARGE
HUGE

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3.3. Los distintos modelos del lenguaje C (II)

TINY

Mínima ocupación de memoria.
Los cuatro registros de segmento (CS, SS, DS y ES) son
idénticos. El programa ocupa hasta 64 KB.
Código, datos y pila en el mismo segmento físico.
Programas compilados en este modelo pueden convertirse a
.COM (drivers) mediante la utilidad EXE2BIN de DOS o
usando la opción /t del montador.
Punteros cortos (near) para código y datos.

SMALL

Programas pequeños en los que no es necesario mínima
ocupación de memoria.
Un segmento físico para código (hasta 64 KB) y otro para
datos y pila (hasta 64 KB).
Punteros cortos (near) para código y datos.

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3.3. Los distintos modelos del lenguaje C (III)

MEDIUM

Programas grandes que usan pocos datos.
Varios segmentos físicos para código (hasta 1 MB) y uno para
datos y pila (hasta 64 KB).
Punteros largos (far) para código y cortos (near) para datos.

COMPACT

Programas pequeños que usan muchos datos.
Un segmento físico para código (hasta 64 KB) y varios para
datos y pila (hasta 1 MB).
Punteros cortos (near) para código y largos (far) para datos.

LARGE

Programas grandes que usan muchos datos.
Varios segmentos físicos para código (hasta 1 MB) y para
datos y pila (hasta 1 MB). En total no puede superarse 1MB.
Punteros largos (far) para código y datos.

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3.3. Los distintos modelos del lenguaje C (IV)

HUGE

Similar al LARGE con algunas ventajas y desventajas.
Punteros normalizados (offset < 16).
Variables globales estáticas pueden superar 64 KB
(posible manipular bloques de datos de más de 64 KB).
Compilador inserta código que actualiza
automáticamente registros de segmento de datos
(punteros a datos siempre normalizados).
Modelo más costoso en tiempo de ejecución.

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3.3. Los distintos modelos del lenguaje C (V)

Modelo

Segmentos

Punteros

Código

Datos

Pila

Código

Datos

Tiny

Small

64 KB

Medium

1 MB

Compact

64 KB

Large

Huge

1 MB

1 MB

64 KB

64 KB

64 KB

1 MB

1 MB

1 MB

(bloques de más de 64 KB)

NEAR

NEAR

NEAR

NEAR

FAR

NEAR

NEAR

FAR

FAR

FAR

FAR

FAR

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (I)

Nomenclatura

El compilador de C siempre nombra de igual forma los
segmentos lógicos que utiliza:

El segmento de código se llama _TEXT.
El segmento _DATA contiene las variables globales
inicializadas.
El segmento _BSS contiene las variables globales NO
inicializadas.
El segmento de pila lo define e inicializa el compilador de
C en la función main.
En los modelos pequeños de datos (tiny, small y
medium), todos los segmentos de datos están
agrupados con el nombre DGROUP:

DGROUP GROUP _DATA, _BSS

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (II)

Nomenclatura

El compilador de C añade un _ delante de todos los
nombres de variables y procedimientos:

Ejemplo:

int a = 12345;
char b = ‘A’;
char c[] = ''Hola mundo'';
int d = 12;

Se compila como:

_DATA SEGMENT WORD PUBLIC ‘DATA’
PUBLIC _a, _b, _c, _d
_a DW 12345
_b DB ‘A’
_c DB ''Hola mundo'', 0
_d DW 12
_DATA ENDS

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (III)

Nomenclatura

El compilador de C añade un _ delante de todos los
nombres de variables y procedimientos:

Ejemplo:

main()
{

}

funcion();

Se compila como:

_TEXT SEGMENT BYTE PUBLIC ‘CODE’

_main PROC FAR
CALL _funcion
RET

_main ENDP

_TEXT ENDS

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (IV)

Nomenclatura

Las variables y procedimientos de ensamblador que
sean accedidos desde programas en C deben llevar
un _ por delante que no aparece en C.
El lenguaje C distingue entre mayúsculas y minúsculas:
funcion() y FUNCION() son procedimientos distintos.
Es necesario que el ensamblador también distinga
entre mayúsculas y minúsculas.
En TASM se consigue ensamblando con las opciones
/mx (fuerza distinción para símbolos públicos) o /ml
(fuerza distinción para todos los símbolos).

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (V)

Paso de parámetros

En lenguaje C, un procedimiento que llama a otro apila
sus parámetros antes de ejecutar el CALL.
Los procedimientos de ensamblador que llamen a
funciones de C también han de apilar sus parámetros.
Los parámetros se apilan en orden inverso a como
aparecen en la llamada de C: empezando por el último
y acabando por el primero.
Tras retornar de la subrutina, se extraen de la pila los
parámetros sumando al registro SP el tamaño en bytes
de los parámetros.
Los parámetros de un byte (char) se apilan con dos
bytes (el más significativo vale 0).

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (VI)

Paso de parámetros

Los parámetros se apilan en formato little endian:
palabra menos significativa en dirección menor y byte
menos significativo en dirección menor.

Para pasar por parámetro punteros a funciones o a
datos, es necesario saber en qué modelo de memoria
se está compilando el programa en C, para apilar el
registro de segmento (modelo largo) o no apilarlo
(modelo corto).

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (VII)

Paso de parámetros (ejemplo)

Prototipo de la función:
void funcion ( char, long int, void * );

Llamada en modelo largo
(punteros FAR para datos y
código)
funcion ( ‘P’, 0x23, &v );

SEG v

OFFSET v

50

48

46
44

42

40
38

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (VIII)

Paso de parámetros (ejemplo)

Prototipo de la función:
void funcion ( char, long int, void * );

Llamada en modelo largo
(punteros FAR para datos y
código)
funcion ( ‘P’, 0x23, &v );

SEG v

OFFSET v

00h
00h
00h
23h

50

48

46
44

42

40
38

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (IX)

Paso de parámetros (ejemplo)

Prototipo de la función:
void funcion ( char, long int, void * );

Llamada en modelo largo
(punteros FAR para datos y
código)
funcion ( ‘P’, 0x23, &v );

SEG v

OFFSET v

00h
00h
00h
23h
00h
50h

50

48

46
44

42

40
38

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (X)

Paso de parámetros (ejemplo)

Prototipo de la función:
void funcion ( char, long int, void * );

Llamada en modelo largo
(punteros FAR para datos y
código)
funcion ( ‘P’, 0x23, &v );

call _funcion

50

48

46
44

42

40
38

SEG v

OFFSET v

00h
00h
00h
23h
00h
50h

SEG @retorno

OFFSET @retorno

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (XI)

Paso de parámetros (ejemplo)

void funcion ( char, long int, void * );
funcion ( ‘P’, 0x23, &v );

mov ax, SEG _v
push ax
mov ax, OFFSET _v
push ax
mov ax, 0000h
push ax
mov ax, 0023h
push ax
mov ax, 0050h
push ax
call _funcion
add sp, 10

SP = 52

SP = 48

SP = 44

SP = 42
SP = 42
SP = 52

50

48

46
44

42

40
38

SEG v

OFFSET v

00h
00h
00h
23h
00h
50h

SEG @retorno

OFFSET @retorno

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados (XII)

Acceso a parámetros (ejemplo)

void funcion ( char, long int, void * );

_funcion PROC FAR

push bp
mov bp, sp

bx := OFFSET v
es := SEG v

les bx, [ bp + 12 ]
mov dx, [ bp + 10 ]
mov ax, [ bp + 8 ]
mov cx, [ bp + 6 ]
…

ret

_funcion ENDP

SP = BP

50

48

46
44

42

40
38
36

SEG v

OFFSET v

00h
00h
00h
23h
00h
50h

SEG @retorno

OFFSET @retorno

BP inicial

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3.4. Convenios de nomenclatura, paso de
parámetros, devolución de resultados